Eignet sich 3D-Scannen für Teile mit komplexen Innenstrukturen?
Die grundlegende Einschränkung des optischen 3D-Scannens
Bei Bauteilen mit komplexen, vollständig geschlossenen inneren Strukturen sind herkömmliche optische 3D-Scanverfahren – wie Lasertriangulation oder strukturiertes Licht – nicht geeignet. Diese Technologien erfassen ausschließlich die äußere Geometrie, die direkt für Kamera und Projektor sichtbar ist. Sie können nicht durch feste Materialien hindurchsehen, um verborgene innere Kanäle, Hohlräume oder Hinterschneidungen zu erfassen. Daher eignen sie sich ideal zur Inspektion der äußeren Abmessungen und Oberflächenkonturen von Komponenten, die durch Präzisionsbearbeitung oder 5-Achs-Bearbeitung hergestellt wurden, sind jedoch für die Inspektion interner Merkmale wirkungslos.
Die Lösung: Industrielle Computertomographie (CT-Scanning)
Die entscheidende Technologie zur zerstörungsfreien Erfassung sowohl der inneren als auch der äußeren Geometrie ist die industrielle Röntgen-Computertomographie (CT-Scanning). Diese Methode basiert auf demselben Prinzip wie medizinische CT-Scanner, ist jedoch speziell für die technische Messtechnik konzipiert und bietet eine deutlich höhere Auflösung und Genauigkeit.
Funktionsweise: Das Bauteil wird auf einer Rotationsbühne zwischen einer Röntgenquelle und einem Detektor platziert. Während sich das Bauteil dreht, werden Hunderte bis Tausende zweidimensionale Röntgenaufnahmen erstellt. Leistungsfähige Software rekonstruiert diese Bilder anschließend zu einem präzisen 3D-Volumenmodell, auch als „Voxel-Datensatz“ bezeichnet.
Fähigkeiten: Das CT-Scanning kann Folgendes sichtbar machen:
Innere Kanäle und Kühlsysteme.
Porositäten und Hohlräume in Gussteilen oder additiv gefertigten Bauteilen.
Die genaue Geometrie und Wandstärke komplexer Spritzgussformen.
Montageanalysen ohne Demontage.
Praktische Anwendungen und industrielle Einsatzgebiete
Die Möglichkeit, das Innere eines Bauteils zu sehen, ohne es zu zerstören, ist für zahlreiche Branchen und Prozesse revolutionär:
Erstmusterprüfung komplexer Bauteile: Das CT-Scanning ist unverzichtbar, um die interne Geometrie eines Prototyps aus der CNC-Prototypenfertigung zu validieren – beispielsweise eines Einspritzventils mit komplexen inneren Kanälen oder eines medizinischen Verteilers – und sicherzustellen, dass es dem CAD-Modell exakt entspricht.
Validierung additiver Fertigung: Es ist der Goldstandard zur Überprüfung der inneren Integrität von Teilen aus der Additiven Fertigung, da es innere Lunker, unvollständige Verschmelzungen und Porositäten erkennt, die für externe Scanner unsichtbar bleiben.
Fehleranalyse und Reverse Engineering: Mit CT können Ingenieure interne Fehler – etwa einen gebrochenen Steg oder einen blockierten Kanal – untersuchen, ohne das Bauteil aufschneiden zu müssen. Zudem ermöglicht es die Rückentwicklung interner Strukturen, für die keine CAD-Daten existieren.
Gussprozesskontrolle: Bei Teilen, die durch Schnellgießen hergestellt werden, kann das CT-Scanning innere Schrumpfungen oder Gasporositäten rasch identifizieren und so eine schnelle Prozessoptimierung ermöglichen.
Kombination von Technologien für einen vollständigen digitalen Zwilling
In vielen Qualitätssicherungsprozessen werden optisches Scannen und CT-Scanning kombiniert, um ein umfassendes digitales Abbild zu erzeugen:
CT-Scanning erfasst die vollständige innere und äußere Geometrie.
Hochauflösendes optisches Scannen – beispielsweise mit Blaulicht oder Laser – wird anschließend für die äußeren Oberflächen verwendet, um feine Strukturen, Texturen und Farben zu erfassen oder Details zu prüfen, bei denen CT an der Oberfläche eine geringere Auflösung bietet.
Dieser hybride Ansatz ermöglicht die umfassendste Validierung und ist insbesondere für hochwertige Komponenten in der Luft- und Raumfahrt sowie der Medizintechnik von entscheidender Bedeutung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass herkömmliche 3D-Scanverfahren auf äußere Oberflächen beschränkt sind, während die industrielle Computertomographie (CT) perfekt geeignet und hochwirksam ist, um komplexe interne Strukturen zu erfassen. Sie bietet eine zerstörungsfreie, umfassende und maßlich präzise Methode zur Inspektion, Analyse und Rückentwicklung verborgener Konstruktionsmerkmale eines Bauteils.
